El desarrollo de las máquinas de colocación SMT ha pasado por varias etapas y nuevas tendencias tecnológicas.

Desde su creación a principios de la década de 1980, la funcionalidad básica de la máquina pick-and-place ha permanecido prácticamente inalterada. Sin embargo, los requisitos de colocación -especialmente en términos de velocidad y precisión- han experimentado una transformación significativa debido al rápido desarrollo de la industria electrónica, así como a la tendencia hacia la miniaturización de los componentes y el ensamblaje de alta densidad. Excluimos de nuestra discusión los llamados equipos de nivel de lotes pequeños, es decir, las máquinas manuales de colocación SMT, que se utilizaron en los primeros días y que todavía se utilizan hoy en día principalmente para la creación de prototipos de productos y la investigación. Esto se debe a que estas máquinas no pueden competir con las máquinas de colocación SMT convencionales en términos de nivel técnico y ámbito de aplicación. En cuanto a las máquinas de colocación SMT convencionales utilizadas para la producción en serie, se pueden clasificar en tres generaciones desde una perspectiva técnica. Presentemos primero las etapas de desarrollo de las máquinas de colocación SMT y las nuevas tendencias tecnológicas. 

En primer lugar, queremos hablar de las etapas de desarrollo de las máquinas de pick and place SMT. Los primeros equipos de la industria SMT fueron las máquinas pick-and-place de primera generación. La máquina pick-and-place de primera generación surgió entre principios de los años 70 y principios de los 80 como un primer dispositivo de ensamblaje impulsado por la aplicación de la tecnología de montaje superficial en la electrónica industrial y de consumo. Aunque el método de alineación mecánica utilizado en aquellas máquinas pick-and-place daba como resultado velocidades de colocación bajas, de aproximadamente 1.000 a 2.000 componentes por hora, y una precisión de colocación relativamente baja, de aproximadamente ±0,1 mm para el posicionamiento X-Y y ±0,25 mm para la precisión de colocación, y a pesar de su sencilla funcionalidad, ya poseían todos los elementos esenciales de las máquinas pick-and-place modernas.

En comparación con el montaje manual de inserción de componentes, tales velocidades y precisión representaron una profunda revolución tecnológica. Además, la máquina de colocación SMT de primera generación marcó el comienzo de una nueva era de producción de productos electrónicos a gran escala, totalmente automatizada, de alta eficiencia y alta calidad. En las primeras etapas del desarrollo de SMT, cuando los componentes de montaje superficial eran relativamente grandes, como los componentes de chip del tipo 1608 y el paso de IC de 1,27 a 0,8 mm, estas máquinas ya eran capaces de satisfacer los requisitos de producción en masa. Con el continuo desarrollo de la tecnología SMT y la miniaturización de los componentes, esta generación de máquinas SMT hace tiempo que desapareció del mercado y ahora sólo se encuentra en algunas pequeñas empresas. La siguiente evolución fue la máquina pick-and-place de segunda generación. Desde mediados de los ochenta hasta finales de los noventa, la industria SMT fue madurando y desarrollándose rápidamente. Impulsada por este crecimiento, la máquina pick-and-place de segunda generación se basó en el modelo de primera generación adoptando un sistema óptico para la alineación de componentes, mejorando significativamente la velocidad y precisión de la máquina. Este avance satisfizo la creciente demanda de la rápida proliferación y desarrollo de productos electrónicos. Durante este proceso de desarrollo, surgieron dos tipos distintos de máquinas: máquinas de alta velocidad diseñadas principalmente para montar componentes de chip y que hacen hincapié en la velocidad de montaje, y máquinas multifuncionales diseñadas principalmente para montar varios circuitos integrados y componentes de forma irregular. Estos dos tipos de máquinas tienen funciones y aplicaciones claramente diferentes. 

La máquina pick-and-place de segunda generación también tiene dos subcategorías, la primera son las máquinas de alta velocidad. Las máquinas de alta velocidad utilizan principalmente una estructura de cabezal rotativo de recogida y colocación con múltiples boquillas. En función de la dirección de rotación con respecto al plano de la placa de circuito impreso, pueden clasificarse en máquinas de torreta (en las que la dirección de rotación es paralela al plano de la placa de circuito impreso) y máquinas de rueda (en las que la dirección de rotación es perpendicular o forma un ángulo de 45° con el plano de la placa de circuito impreso). Gracias a la adopción de tecnología de alineación de posicionamiento óptico y sistemas mecánicos de precisión, como husillos de bolas, guías lineales, motores lineales, accionamientos armónicos, sistemas de vacío de precisión, diversos sensores y tecnología de control por ordenador, la velocidad de colocación de las máquinas de alta velocidad ha alcanzado el orden de 0,06 segundos por pieza, acercándose a los límites de los sistemas electromecánicos. La segunda rama son las máquinas multifuncionales. Las máquinas de colocación multifuncionales, también conocidas como máquinas universales, pueden colocar diversos componentes de embalaje de circuitos integrados y componentes de forma irregular, así como pequeños componentes de chips. Pueden alojar componentes de varios tamaños y formas, de ahí el nombre de máquina de colocación multifuncional. La estructura de las máquinas de colocación multifuncional adopta principalmente una estructura de tipo arco y un cabezal de colocación de boquillas múltiples de movimiento lineal, con alta precisión y buena flexibilidad. Las máquinas multifuncionales enfatizan la funcionalidad y la precisión, pero su velocidad de colocación no es tan rápida como la de las máquinas de colocación de alta velocidad. Se utilizan principalmente para la colocación de diversos circuitos integrados empaquetados y componentes de gran tamaño y forma irregular, y también para la colocación de pequeños componentes de montaje superficial en la producción a mediana y pequeña escala y la creación de prototipos.

Con el rápido desarrollo de SMT y la mayor miniaturización de los componentes, la aparición de formas de embalaje SMD más refinadas, como SOP, SOJ, PLCC, QFP y BGA, ha hecho que esta generación de máquinas pick-and-place sea cada vez más inadecuada. Poco a poco han ido desapareciendo del foco de atención de los fabricantes de máquinas pick-and-place. Sin embargo, un gran número de máquinas pick-and-place de segunda generación siguen utilizándose en la actualidad, y su aplicación y mantenimiento siguen siendo temas importantes en los equipos SMT.

Las principales características técnicas de la máquina pick-and-place de 3ª generación suelen incluir una plataforma de arquitectura compuesta modular, un sistema de visión y alineación volante de alta precisión, una estructura de doble vía, un cabezal multiarco, multipick-and-place y una estructura multiboquilla, alimentación y detección inteligentes, accionamiento por motor lineal de alta velocidad y alta precisión, cabezal pick-and-place inteligente, flexible y de alta velocidad y, por último, un control preciso del movimiento del eje Z y de la fuerza de colocación. Aunque la tecnología es un aspecto, las principales características de la máquina pick-and-place de 3ª generación residen en su alto rendimiento y flexibilidad. Por ejemplo, combina las funciones de una máquina de alta velocidad y una máquina multifuncional en una sola. A través de la estructura flexible de las máquinas modulares/basadas en módulos/tipo célula, se pueden seleccionar diferentes unidades estructurales para lograr las funciones de máquinas de alta velocidad y de uso general en una sola máquina. El equilibrio entre velocidad de colocación y precisión también es crucial. Por ejemplo, la máquina de colocación de nueva generación emplea cabezales de colocación de alto rendimiento, una alineación visual precisa y sistemas informáticos de hardware/software de alto rendimiento.

Además, se consigue una colocación de alta eficacia mediante tecnologías como cabezales de colocación de alto rendimiento y alimentadores inteligentes, lo que permite que la eficacia de colocación real de la máquina alcance más de 83% del valor ideal. La colocación de alta calidad también es fundamental. Esto se consigue mediante la medición precisa de las dimensiones del eje Z y el control de la fuerza de colocación para garantizar un buen contacto entre los componentes y la pasta de soldadura, o aplicando APC para controlar la posición de colocación, garantizando así unos resultados excelentes. En conjunto, la capacidad de producción por unidad de superficie de las máquinas de colocación de tercera generación es aproximadamente el doble que la de las máquinas de segunda generación. Por último, la máquina pick-and-place de tercera generación también puede implementar sistemas de software inteligentes para el ensamblaje apilado. Esta es una de las razones por las que la máquina pick-and-place de tercera generación se está desarrollando tan rápidamente en la actualidad.

En segundo lugar, queremos hablar de las perspectivas de futuro y el desarrollo de la tercera generación de máquinas SMT pick and place. Lo primero y más importante es el alto rendimiento: en el desarrollo de las máquinas pick and place, la velocidad, la precisión y la funcionalidad de colocación siempre han estado en un estado de prioridades contrapuestas, obligando a los usuarios a transigir entre velocidad y precisión. Como resultado, las máquinas de alta velocidad y las máquinas multifuncionales siguen siendo los dos principales modos de colocación que se utilizan en la actualidad. Sin embargo, en el panorama cada vez más competitivo de la electrónica del futuro, en el que las actualizaciones de productos se aceleran y la tendencia hacia la diversidad de variedades de productos y la producción de lotes pequeños se está generalizando, las nuevas tecnologías de encapsulado, como BGA, FC, CSP y PoP, imponen exigencias cada vez mayores a las máquinas SMT. Como resultado, las configuraciones de las máquinas SMT deben evolucionar para seguir el ritmo de estos cambios. Con el desarrollo de tecnologías de máquinas SMT como la modularización, el transporte de doble carril, las estructuras de cabezal multibrazo y multicolocación, la alineación volante y la colocación relámpago, lograr un equilibrio entre velocidad, precisión y funcionalidad de colocación en una sola máquina SMT se ha convertido en la nueva dirección.

Las máquinas SMT de alto rendimiento que integran alta velocidad, alta precisión, multifuncionalidad e inteligencia se convertirán en la corriente principal; El segundo punto es la alta eficiencia: alta eficiencia significa mejorar la eficiencia de la producción, reducir las horas de trabajo y aumentar la capacidad de producción. En el caso de los equipos CNC automatizados, como las máquinas pick-and-place, la eficiencia de la programación del software es crucial para mejorar la eficiencia de los equipos. El desarrollo de sistemas funcionales de software más potentes, incluyendo diversas formas de archivos PCB, la optimización directa de la generación de archivos de programa pick-and-place, la reducción del tiempo de programación manual, el desarrollo de sistemas de diagnóstico de fallos de la máquina y de sistemas de gestión integral para la producción en masa, y la consecución de un funcionamiento inteligente son componentes clave en el futuro desarrollo de máquinas pick-and-place de alta eficiencia. Además, las mejoras en la estructura de los equipos y los modos de funcionamiento también son métodos importantes para aumentar la eficiencia de la producción. Las máquinas de colocación SMT de transporte de doble vía mantienen el rendimiento de las máquinas tradicionales de una sola vía, al tiempo que diseñan el transporte, posicionamiento, inspección y colocación de PCB en una estructura de doble vía. Esta estructura de doble vía puede funcionar en modo síncrono o asíncrono, lo que reduce el tiempo de inactividad de la máquina y mejora la eficiencia de la producción. La alta integración se refiere a dos aspectos: la integración de la tecnología de los equipos y la integración de la tecnología y la gestión. La integración de la tecnología de los equipos implica la aplicación cruzada, la integración y la fusión de múltiples tecnologías. Por ejemplo, la mecatrónica integra la tecnología de detección y detección, la tecnología de procesamiento de la información, la tecnología de control automático, la tecnología de servoaccionamiento, la tecnología mecánica de precisión y la tecnología a nivel de sistema en una aplicación global.

En cuanto a la integración de la tecnología y la gestión, implica aprovechar al máximo las tecnologías informáticas, de automatización y de redes para lograr la integración orgánica de las tecnologías de aplicación y gestión de equipos. La utilización de equipos integrados, como las líneas de producción automatizadas, es especialmente importante. Por ejemplo, la integración de sistemas SPC y de trazabilidad en los equipos de la línea de producción SMT puede maximizar el rendimiento de los equipos, aumentar la capacidad de producción y mejorar la calidad; El cuarto punto es el uso de energía verde. Es una tendencia inevitable en el desarrollo futuro de la fabricación electrónica. El desarrollo de la sociedad humana conducirá inevitablemente a la armonía entre los seres humanos y la naturaleza, y las máquinas pick-and-place no son una excepción. En el futuro, los equipos pick-and-place deberán tener en cuenta el impacto medioambiental desde la fase de conceptualización hasta las fases de diseño, fabricación, venta, uso y mantenimiento, reciclaje y refabricación, centrándose en mejorar la utilización del material, reducir el consumo de energía y maximizar el rendimiento de la inversión del usuario. En los últimos años, los conceptos de fabricación ecológica y protección medioambiental han adquirido nuevos significados. La protección del medio ambiente se entiende ahora en un sentido más amplio, que abarca no sólo la protección del entorno natural, sino también el entorno social, el entorno de producción y la salud física y mental de los productores. En estas circunstancias, el objetivo es desarrollar equipos de colocación de alta precisión, eficacia y calidad, con plazos de entrega cortos y un excelente servicio posventa; Por último, el factor más importante es la diversidad. El mundo actual es un lugar diverso y polifacético. El desarrollo es desigual en los distintos países y regiones, e incluso dentro de un mismo país, las distintas regiones se desarrollan a ritmos diferentes. Esto da lugar a distintas exigencias de calidad y grado de los productos electrónicos.

Al mismo tiempo, las distintas áreas de aplicación tienen requisitos muy diferentes en cuanto a la fiabilidad de los entornos de aplicación de los productos electrónicos, lo que también impulsa diversas demandas de procesos y equipos de fabricación de productos. Esta demanda diversa impulsará el desarrollo futuro de equipos de ensamblaje hacia una estructura diversificada y tecnologías interdisciplinarias. Por un lado, los fabricantes tendrán que dar cabida tanto a máquinas universales multifuncionales y flexibles de pick-and-place, capaces de manejar múltiples tipos de productos, como a máquinas especializadas de pick-and-place de alta eficiencia, adaptadas a campos y productos específicos.

En conclusión, será necesario producir máquinas pick-and-place de gama alta con automatización completa, inteligencia, alta precisión y gran capacidad de producción para atender a las grandes empresas y a las necesidades de ensamblaje de alta densidad, así como máquinas pick-and-place de gama media-baja adecuadas para las pequeñas y medianas empresas y las necesidades generales de productos electrónicos. Este enfoque permite el desarrollo simultáneo de máquinas SMT convencionales de alto rendimiento adaptadas a la fabricación industrial a gran escala y máquinas SMT no convencionales más pequeñas adecuadas para aplicaciones de investigación, educación y laboratorio.